- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数.
(1)当a>2时,求函数f(x)的极小值;
(2)试讨论曲线y=f(x)与x轴的公共点的个数.
正确答案
解:(1)
∵a>2,∴
∴当或x>1时,f‘(x)>0;
当时,f'(x)<0
∴f(x)在,(1,+∞)内单调递增,在
内单调递减
故f(x)的极小值为
(2)①若a=0,则f(x)=-3(x-1)2
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点.
②若a<0,则,
∴当时,f'(x)<0,
当时,f'(x)>0
∴f(x)的极大值为
∵f(x)的极小值为
∴f(x)的图象与x轴有三个公共点.
③若0<a<2,则.
∴当时,f'(x)>0,
当时,f'(x)<0
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点
④若a=2,则f'(x)=6(x-1)2≥0
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点
⑤当a>2,由(1)知f(x)的极大值为,函数图象与x轴只有一个交点.
综上所述,若a≥0,f(x)的图象与x轴只有一个公共点;
若a<0,f(x)的图象与x轴有三个公共点.
解析
解:(1)
∵a>2,∴
∴当或x>1时,f‘(x)>0;
当时,f'(x)<0
∴f(x)在,(1,+∞)内单调递增,在
内单调递减
故f(x)的极小值为
(2)①若a=0,则f(x)=-3(x-1)2
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点.
②若a<0,则,
∴当时,f'(x)<0,
当时,f'(x)>0
∴f(x)的极大值为
∵f(x)的极小值为
∴f(x)的图象与x轴有三个公共点.
③若0<a<2,则.
∴当时,f'(x)>0,
当时,f'(x)<0
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点
④若a=2,则f'(x)=6(x-1)2≥0
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点
⑤当a>2,由(1)知f(x)的极大值为,函数图象与x轴只有一个交点.
综上所述,若a≥0,f(x)的图象与x轴只有一个公共点;
若a<0,f(x)的图象与x轴有三个公共点.
已知函数f(x)=asinx-x+b(a,b均为正常数).
(1)求证:函数f(x)在(0,a+b]内至少有一个零点;
(2)设函数在x=处有极值.
①对于一切x∈[0,],不等式f(x)>
sin(x+
)恒成立,求b的取值范围;
②若函数f(x)在区间(π,
π)上是单调增函数,求实数m的取值范围.
正确答案
(1)证明:f(0)=b>0,f(a+b)=asin(a+b)-(a+b)+b=a[sin(a+b)-1]≤0,
∴函数f(x)在(0,a+b]内至少有一个零点.
(2)解:f′(x)=acosx-1.
∵函数f(x)在处有极值,
∴=0,即
-1=0,解得a=2.
于是f(x)=2sinx-x+b.
①sin(x+
)=sinx+cosx,
∴不等式f(x)>sin(x+
)恒成立⇔b>x+cosx-sinx对一切x∈[0,
]恒成立.
记g(x)=x+cosx-sinx,则g′(x)=1-sinx-cosx=1-,
∵x∈[0,],∴
,从而
,
∴,
∴g′(x)≤0,即g(x)在[0,]上是减函数.
∴g(x)max=g(0)=1,于是b>1,故b的取值范围是(1,+∞).
②f′(x)=2cosx-1=,
由f′(x)≥0得cosx,即
,k∈Z.
∵函数f(x)在区间(π,
π)上是单调增函数,
∴(π,
π)⊆
,k∈Z.
则有 即
.
只有k=0时,0<m≤1适合,故m的取值范围是(0,1].
解析
(1)证明:f(0)=b>0,f(a+b)=asin(a+b)-(a+b)+b=a[sin(a+b)-1]≤0,
∴函数f(x)在(0,a+b]内至少有一个零点.
(2)解:f′(x)=acosx-1.
∵函数f(x)在处有极值,
∴=0,即
-1=0,解得a=2.
于是f(x)=2sinx-x+b.
①sin(x+
)=sinx+cosx,
∴不等式f(x)>sin(x+
)恒成立⇔b>x+cosx-sinx对一切x∈[0,
]恒成立.
记g(x)=x+cosx-sinx,则g′(x)=1-sinx-cosx=1-,
∵x∈[0,],∴
,从而
,
∴,
∴g′(x)≤0,即g(x)在[0,]上是减函数.
∴g(x)max=g(0)=1,于是b>1,故b的取值范围是(1,+∞).
②f′(x)=2cosx-1=,
由f′(x)≥0得cosx,即
,k∈Z.
∵函数f(x)在区间(π,
π)上是单调增函数,
∴(π,
π)⊆
,k∈Z.
则有 即
.
只有k=0时,0<m≤1适合,故m的取值范围是(0,1].
已知函数f(x)=lnx--2x(a≠0).
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)设函数f(x)有极值点x0,证明:f(x0)≤-;
(3)若方程f(x)=3有两个不相等的实根x1,x2,且x1<x2,证明:f‘()≠0.(f'(x)为f(x)的导函数)
正确答案
解:(1)f′(x)=.
若a≤-1时,则f′(x)≥0,∴f(x)在(0,+∞)上是增函数.
若-1<a<0时,则f(x)在(0,,
+∞)上是增函数,在(
)上是减函数.
若a>0时,则f(x)在(0,)上是增函数,在(
,+∞)上是减函数.…(4分)
(2)由f′(x0)==0得:ax02=1-2x0
∴f(x0)=lnx0-.
设φ(x)=lnx-x-(x)>0.
当x∈(1,+∞)时,φ′(x)<0.
∴φ(x)的最大值为φ(1)=-.--------(9分)
(3)若f′()=0,则
-2=0.
∵lnx1-=3.∴ln
令.
∴H′(t)=>0∴H(t)>H(1)=0
故∴,即f′(
)≠0-----(14分)
解析
解:(1)f′(x)=.
若a≤-1时,则f′(x)≥0,∴f(x)在(0,+∞)上是增函数.
若-1<a<0时,则f(x)在(0,,
+∞)上是增函数,在(
)上是减函数.
若a>0时,则f(x)在(0,)上是增函数,在(
,+∞)上是减函数.…(4分)
(2)由f′(x0)==0得:ax02=1-2x0
∴f(x0)=lnx0-.
设φ(x)=lnx-x-(x)>0.
当x∈(1,+∞)时,φ′(x)<0.
∴φ(x)的最大值为φ(1)=-.--------(9分)
(3)若f′()=0,则
-2=0.
∵lnx1-=3.∴ln
令.
∴H′(t)=>0∴H(t)>H(1)=0
故∴,即f′(
)≠0-----(14分)
已知函数f(x)=x3+ax2+(2a-1)x
(1)当a=3时,求函数f(x)的极值;
(2)求函数f(x)的单调区间;
(3)在(1)的条件下,设函数f(x)在x1,x2(x1<x2)处取得极值,记点M(x1,f(x1)),N(x2,f(x2)),证明:线段MN与曲线f(x)存在异于M、N的公共点.
正确答案
解:(1)∵f(x)=x3+ax2+(2a-1)x,
∴f′(x)=x2+2ax+(2a-1).
若a=3,f(x)=x3+3x2+5x,f′(x)=x2+6x+5=(x+1)(x+5).
由f′(x)>0得x>-1或x<-5,此时函数单调递增,
由f′(x)<0得-5<x<-1,此时函数单调递减,
即当x=-5函数取得极大值f(-5)=,
当x=-1函数取得极小值f(-1)=,
(2)由(1)得f(x)=x3+ax2+(2a-1)x,
∴f′(x)=x2+2ax+(2a-1).
故f′(x)=x2+2ax+2a-1=(x+1)(x+2a-1).
令f′(x)=0,则x=-1或x=1-2a.
①当a>1时,1-2a<-1.
当x变化时,f′(x)与f(x)的变化情况如下表:
由此得,函数f(x)的单调增区间为(-∞,1-2a)和(-1,+∞),单调减区间为(1-2a,-1).
②当a=1时,1-2a=-1.此时,f′(x)≥0恒成立,且仅在x=-1处f′(x)=0,故函数f(x)的单调增区间为R.
③当a<1时,1-2a>-1,同理可得函数f(x)的单调增区间为(-∞,-1)和(1-2a,+∞),单调减区间为(-1,1-2a).
综上所述:当a>1时,函数f(x)的单调增区间为(-∞,1-2a)和(-1,+∞),单调减区间为(1-2a,-1);
当a=1时,函数f(x)的单调增区间为R;
当a<1时,函数f(x)的单调增区间为(-∞,-1)和(1-2a,+∞),单调减区间为(-1,1-2a).
(3)由(1)知,故M(-5,),N(-1,-
).
所以直线MN的方程为y=-x-5.
由,得x3+9x2+23x+15=0.
令F(x)=x3+9x2+23x+15.
易得F(-4)=3>0,F(-2)=-3<0,而F(x)的图象在(-4,-2)内是一条连续不断的曲线,
故F(x)在(-4,-2)内存在零点x0,这表明线段MN与曲线f(x)有异于M,N的公共点.
解析
解:(1)∵f(x)=x3+ax2+(2a-1)x,
∴f′(x)=x2+2ax+(2a-1).
若a=3,f(x)=x3+3x2+5x,f′(x)=x2+6x+5=(x+1)(x+5).
由f′(x)>0得x>-1或x<-5,此时函数单调递增,
由f′(x)<0得-5<x<-1,此时函数单调递减,
即当x=-5函数取得极大值f(-5)=,
当x=-1函数取得极小值f(-1)=,
(2)由(1)得f(x)=x3+ax2+(2a-1)x,
∴f′(x)=x2+2ax+(2a-1).
故f′(x)=x2+2ax+2a-1=(x+1)(x+2a-1).
令f′(x)=0,则x=-1或x=1-2a.
①当a>1时,1-2a<-1.
当x变化时,f′(x)与f(x)的变化情况如下表:
由此得,函数f(x)的单调增区间为(-∞,1-2a)和(-1,+∞),单调减区间为(1-2a,-1).
②当a=1时,1-2a=-1.此时,f′(x)≥0恒成立,且仅在x=-1处f′(x)=0,故函数f(x)的单调增区间为R.
③当a<1时,1-2a>-1,同理可得函数f(x)的单调增区间为(-∞,-1)和(1-2a,+∞),单调减区间为(-1,1-2a).
综上所述:当a>1时,函数f(x)的单调增区间为(-∞,1-2a)和(-1,+∞),单调减区间为(1-2a,-1);
当a=1时,函数f(x)的单调增区间为R;
当a<1时,函数f(x)的单调增区间为(-∞,-1)和(1-2a,+∞),单调减区间为(-1,1-2a).
(3)由(1)知,故M(-5,),N(-1,-
).
所以直线MN的方程为y=-x-5.
由,得x3+9x2+23x+15=0.
令F(x)=x3+9x2+23x+15.
易得F(-4)=3>0,F(-2)=-3<0,而F(x)的图象在(-4,-2)内是一条连续不断的曲线,
故F(x)在(-4,-2)内存在零点x0,这表明线段MN与曲线f(x)有异于M,N的公共点.
已知a为正实数,函数f(x)=ax3-(a+2)x2+6x-3
(1)当a=1时,求函数f(x)的极小值;
(2)试讨论曲线y=f(x)与x轴的公共点的个数.
正确答案
解:(1)当a=1时,函数,
f′(x)=3x2-9x+6=3(x-1)(x-2),
∴当x<1或x>2时,f′(x)>0;当1<x<2时,f‘(x)<0.
∴f(x)在(-∞,1),(2,+∞)内单调递增,在(1,2)内单调递减.
故f(x)的极小值为f(2)=-1.
(2)
令f′(x)=0,即,有
,
①若0<a<2,则.
∴当时,f′(x)>0,当
时,f′(x)<0,极大值
,
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点;
②若a=2,则f′(x)=6(x-1)2≥0
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点;
③当a>2,由(1)知f(x)的极大值为,
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点;
综上所述,若a>0,f(x)的图象与x轴只有一个公共点.
解析
解:(1)当a=1时,函数,
f′(x)=3x2-9x+6=3(x-1)(x-2),
∴当x<1或x>2时,f′(x)>0;当1<x<2时,f‘(x)<0.
∴f(x)在(-∞,1),(2,+∞)内单调递增,在(1,2)内单调递减.
故f(x)的极小值为f(2)=-1.
(2)
令f′(x)=0,即,有
,
①若0<a<2,则.
∴当时,f′(x)>0,当
时,f′(x)<0,极大值
,
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点;
②若a=2,则f′(x)=6(x-1)2≥0
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点;
③当a>2,由(1)知f(x)的极大值为,
∴f(x)的图象与x轴只有一个交点;
综上所述,若a>0,f(x)的图象与x轴只有一个公共点.
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